新型方钢管混凝土柱-钢梁半刚性节点受力性能研究

Concrete filled steel tube structure has been gaining their popularity in industrial buildings, high-rise buildings and bridge structures due to their high bearing capacity, good ductility, better economic benefits and convenient construction by making full use of the properties of steel and concrete materials. Semi-rigid connection has a good ability of deformation, can adjust the distribution of bending moment in the structure, and thus make the structure more economic and reasonable. At present, research on the concrete filled square steel tube column-steel beam semi-rigid connections are not deeply enough. The design of semi-rigid connections in corresponding standards and rules has not been well optimized. In this context, this project puts forward a new type of semi-rigid connection in the view of concrete filled square steel tube column-steel beam connection, investigate the static, seismic behavior and progress collapse performance, obtain the mechanism and failure modes under three kinds of working conditions, and provide simplified calculation methods for the moment-rotation curves and moment-tension curves. The achievements of this project will propose the design method of this type of connection and improve the calculation theory.

钢管混凝土结构充分发挥了钢和混凝土两种材料的长处，具有承载力高、延性好、经济效益好、施工方便等优点，因此被广泛应用于工业厂房、多高层建筑和桥梁等结构中。半刚性连接具有良好的变形能力，可以调整弯矩在结构中的分配，从而使结构更经济合理。而目前对方钢管混凝土研究中，对梁柱半刚性节点还不够深入。现行规范和规程对节点的设计规定也不够完善。本项目针对方钢管混凝土柱-钢梁连接部位的受力特点，提出一种新型连接节点形式。研究其静力、抗震和抗连续倒塌的性能，得到其在不同工况下的受力机理和破坏模式，给出新型节点弯矩-转角和拉弯相关曲线的计算方法。通过研究，提出满足抗震和抗连续倒塌要求的新型节点的设计方法并完善其计算理论。

钢管混凝土结构具有承载力高、延性好、经济效益好、施工方便等优点，因此在我国土木行业得以蓬勃发展。节点作为将独立构件联系成为整体结构的重点部位一直受到广大科研人员的关注。课题针对方钢管混凝土柱与钢梁连接处的构件特性和受力特点，提出采用角钢连接和套筒连接两种节点连接形式，并对两种类型节点在低周往复循环荷载作用下的力学性能进行了试验研究和仿真模拟分析；建立了角钢连接节点的组件式模型，提出了计算角钢连接节点初始刚度的计算公式；进行了角钢连接节点在连续倒塌工况下的试验研究，分析其受力机理和破坏模式。基于上述研究，得到如下研究结果：两种类型节点具有较好的承载力、较强的刚度及较大的变形能力，符合抗震设计理念；对于角钢连接节点，增加角钢短肢长肢比和增加角钢厚度可以将塑性铰外移，从而有效地保护了节点核心区，并且增加角钢的短肢长肢比可增强节点的抗震能力；对于套筒连接节点，增加套筒高度比增加套筒厚度更有利于抗震性能的提高；角钢节点的组件式计算模型能够直观体现各参数对初始刚度的影响规律；在抗连续倒塌工况下，通过增加角钢连接节点试件中角钢的厚度和短肢长肢比，可以使悬链线作用得到更大的发挥，使节点在达到屈服后仍具有足够的强度，不至于在短时间内倒塌，从而增加了节点的抗连续倒塌性能。